Biosenzori de la viruși programabili; creșterea rezistenței la nivel molecular; roboți conștienți care iau decizii pe baza informațiilor conflictuale; Nanoroboti de dimensiuni atomice care cuceresc boli mortale - aceasta nu este o recenzie a unei noi cărți de science fiction, ci conținutul unui raport DARPA.
DARPA nu folosește doar cunoștințele științifice pentru a crea noi tehnologii, ci își propune provocări radical inovatoare și dezvoltă domenii de cunoaștere care vor ajuta la rezolvarea acestor provocări. Agenția pentru proiecte de cercetare avansată în domeniul apărării DARPA a fost creată în 1958 după ce Uniunea Sovietică a lansat Sputnik 1 în spațiu. Aceasta a fost o surpriză completă pentru americani, iar misiunea DARPA a fost „prevenirea surprizelor”, precum și menținerea înaintea altor state în ceea ce privește tehnologia. DARPA nu folosește doar cunoștințele științifice pentru a crea noi tehnologii, ci își propune provocări radical inovatoare și dezvoltă domenii de cunoaștere care vor ajuta la rezolvarea acestor provocări.
Bugetul anual al DARPA este de 3,2 miliarde de dolari, numărul angajaților nu depășește câteva sute. Cum reușește această mică organizație să creeze lucruri precum o dronă, o pușcă M-16, optică în infraroșu, GPS și Internet? Anthony J. Tether - șeful DARPA din 2001-2009 - subliniază următoarele motive pentru eficacitatea sa:
1. Echipa interdisciplinară de clasă mondială de personal și interpreți. DARPA caută talent în industrie, universități, laboratoare, reunind experți în domenii teoretice și experimentale;
2. Externalizarea personalului de sprijin;
3. Structura plană, neierarhică, asigură un schimb de informații gratuit și rapid;
4. Autonomie și eliberare de obstacole birocratice;
5. Orientarea proiectului. Durata medie a proiectului este de 3-5 ani.
Crearea unui super-soldat - mai rapid, mai puternic, mai rezistent, susceptibil, rezistent la boli și stres - este visul militarilor din întreaga lume. Succesul DARPA în acest domeniu este remarcabil. Să luăm în considerare proiectele ei în detaliu.
Adaptare biologică - mecanism și implementare
(Adaptare biologică, asamblare și fabricație)
Proiectul studiază capacitatea organismelor vii de a se adapta la o gamă largă de condiții externe și interne (diferențe de temperatură, lipsa somnului) și folosește mecanisme de adaptare pentru a crea noi materiale restaurative biointeractive, atât biologice, cât și abiotice. În 2009, a fost realizat un model matematic al unei fracturi osoase și a fost dezvoltat un material care repetă complet proprietățile mecanice și structura internă a unui os real.
Tendonul (stânga) și osul (dreapta)
În 2009, a fost realizat un model matematic al unei fracturi osoase și a fost dezvoltat un material care repetă complet proprietățile mecanice și structura internă a unui os real.
După aceea, a fost creat un adeziv lichid absorbibil pentru a restabili osul în fracturi și leziuni și este testat pe animale. Dacă o injecție a acestui adeziv este suficientă pentru vindecarea rapidă a unei fracturi, există speranța că în timp tratamentul altor boli va fi simplificat radical.
Nanostructurile în biologie
(Nanostructura în biologie)
Prefixul "nano" înseamnă "o miliardime parte" (de exemplu, o secundă sau un metru), în biologie, "nanostructuri" înseamnă molecule și atomi.
Insectă spionă echipată cu senzori
În acest proiect DARPA, sunt creați senzori nanobiologici pentru uz extern și nanomotoare pentru uz intern. În primul caz, nanostructurile se atașează insectelor spion (înregistrează informații, controlează mișcarea); în al doilea rând, acestea sunt plasate în corpul uman pentru diagnosticarea și tratamentul acestuia și despre acești nanorobotați din sânge despre care a vorbit futurologul Kurzweil atunci când a prezis fuziunea completă a omului și mașinii până în 2045.
Oamenii de știință DARPA realizează proprietățile dorite ale nanostructurilor (în special proteinelor) nu prin experimente la microscop, ci prin calcule matematice.
Neurodispozitive controlate de om
(Dispozitive neuronale asistate de om)
Programul dezvoltă un cadru teoretic pentru înțelegerea limbajului creierului și caută răspunsuri din neuroștiințe, științe computaționale și științe ale materialelor noi. Paradoxal, pentru a înțelege limba creierului, oamenii de știință preferă să o codifice.
Un neuron artificial este o funcție matematică care reproduce într-o formă simplificată funcția unei celule nervoase din creier; intrarea unui neuron artificial este conectată la ieșirea altuia - se obțin rețele neuronale. Unul dintre fondatorii ciberneticii, Warren Sturgis McCulloch, a demonstrat acum o jumătate de secol că rețelele neuronale (care sunt, de fapt, programe de calculator) sunt capabile să efectueze operații numerice și logice; sunt considerate un tip de inteligență artificială.
Neuron - unitate structurală a creierului
De obicei, fanii rețelelor neuronale urmează calea creșterii numărului de neuroni din ele, DARPA a mers mai departe - și a modelat memoria pe termen scurt.
În 2010, DARPA a lucrat la descifrarea memoriei pe termen scurt și pe termen lung la primate, în 2011 intenționează să producă neurointerfețe care să stimuleze și să înregistreze mai multe canale de activitate neuronală în creier simultan.
„Codul de memorie” va permite restabilirea memoriei în creierul deteriorat al unui soldat. Cine știe, poate această metodă de codificare și înregistrare a memoriei umane îi va ajuta pe oamenii viitorului să-și părăsească corpul îmbătrânit fără regret și să se mute în cele artificiale - perfecte și durabile?
Wireframe Tissue Engineering
(Ingineria țesuturilor fără schele)
Până de curând, organele bioartificiale erau cultivate pe o schelă tridimensională luată de la animale sau de la un donator uman. Karsas a fost curățat de celulele donatoare, a fost inoculat cu celulele stem ale pacientului și nu a provocat respingerea acestuia din urmă în timpul transplantului.
Celule stem embrionare de șoarece
Când organele și țesuturile sunt cultivate în cadrul programului de inginerie a țesuturilor fără cadru, forma lor este controlată printr-o metodă fără contact, de exemplu, printr-un câmp magnetic. Acest lucru vă permite să ocoliți limitele bioingineriei schelelor și face posibilă controlul simultan al unei varietăți de tipuri de celule și țesuturi. Experimentele DARPA privind implantarea mușchiului scheletic multicelular crescut prin metoda fără ramă au avut succes.
Celula stem embrionară la microscop
Înseamnă asta că acum DARPA are mâna liberă pentru a cultiva organe bio-artificiale din cele mai inimaginabile specii și forme, inclusiv cele care nu se găsesc în natură? Rămâneți aproape!
Materie programabilă
(Materie programabilă)
Microbot origami, se pliază și se desfășoară la comandă
„Materia programabilă” dezvoltă o nouă formă funcțională a materiei, ale cărei particule sunt capabile de asamblare în obiecte tridimensionale la comandă. Aceste obiecte vor avea toate proprietățile omologilor lor obișnuiți și, de asemenea, vor putea „dezasambla” independent componentele originale. Materia programabilă are, de asemenea, capacitatea de a-și schimba forma, proprietățile (de exemplu, conductivitatea electrică), culoarea și multe altele.
Progres în tehnologia biologică și medicală
(Tehnologii biologice și medicale avansate)
Obiectivul principal al programului: utilizarea tehnologiilor de microsisteme (electronică, microfluide, fotonică, micromecanică) pentru o gamă întreagă de realizări - de la manipulări celulare la mijloace de protecție și diagnosticare. Tehnologiile de microsisteme au atins astăzi suficientă maturitate și sofisticare; DARPA intenționează să le folosească pentru a crește viteza de izolare, analiză și editare a genomului celular de câteva zeci de ori.
ADN-ul este un acid nucleic care stochează informații genetice
Scopul proiectului este de a selecta o singură celulă dintr-o populație mare, de a o captura, de a face modificările necesare în ADN-ul său și, de asemenea, dacă este necesar, de a se înmulți. Dezvoltarea are cea mai largă gamă de aplicații - de la protecția împotriva armelor biologice până la înțelegerea naturii tumorilor maligne.
Noile cunoștințe despre interacțiunea fotonilor cu țesuturile sistemului nervos al mamiferelor vor face posibilă crearea microimplantelor fotonice care vor restabili funcția senzorială și motorie a persoanelor cu leziuni ale măduvei spinării. De asemenea, vor fi create dispozitive de protecție auditive pentru soldați, care le vor îmbunătăți auzul în timp ce vor îneca sunetele puternice ale focurilor de armă. Aceste dispozitive vor reduce incidența deficienței de auz și a pierderii pe câmpul de luptă fără precedent.
Biologie sintetică
(Biologie sintetică)
Programul dezvoltă materiale biologice revoluționare care pot fi utilizate în senzori chimici și biologici, producția de biocombustibili și neutralizarea poluanților. Programul se bazează pe crearea de algoritmi pentru procesele biologice care permit crearea de sisteme biologice de o complexitate de neegalat.
Celula stem pe un cadru
În 2011, este planificată crearea unor tehnologii care să permită computerelor să învețe, să tragă concluzii, să aplice cunoștințele acumulate din experiența anterioară și să răspundă în mod inteligent la lucruri pe care nu le-au mai întâlnit până acum. Noile sisteme vor avea fiabilitate, autonomie, auto-reglare excepționale, vor coopera cu o persoană și nu îi vor cere să intervină prea des.
Se speră că DARPA va investi în computerele sale inteligente un program de toleranță față de oamenii care, spre deosebire de inteligența artificială, nu se comportă întotdeauna rațional și logic.
Învățare auto-susținută
(Învățare bootstrapped)
Computerele vor dobândi abilitatea de a studia fenomene complexe în același mod ca și oamenii: cu ajutorul unor programe speciale care conțin concepte cu un nivel crescut de complexitate. Studierea cu succes a materialului nou va depinde de asimilarea cunoștințelor de nivelul anterior. Pentru instruire, vor fi utilizate tutoriale, exemple, modele de comportament, simulatoare, link-uri. Acest lucru este extrem de important pentru sistemele militare autonome, care nu numai că trebuie să înțeleagă ce să facă și de ce, ci și să înțeleagă în ce cazuri este mai inadecvat să se facă.
Robotică fiabilă
(Robotică robustă)
Diagrama robotului BigDog
Tehnologiile avansate de robotică vor permite platformelor autonome (un exemplu de platformă autonomă - BigDog) să perceapă, să înțeleagă și să-și modeleze mediul; deplasați-vă în jurul unui teren imprevizibil, eterogen și periculos; manipulați obiecte fără asistență umană; ia decizii inteligente în conformitate cu obiectivele programate; colaborează cu alți roboți și lucrează în echipă. Aceste abilități ale roboților mobili îi vor ajuta pe soldați într-o varietate de condiții: în oraș, la sol, în aer, în spațiu, sub apă.
Principalele sarcini ale robotului mobil: efectuarea independentă a sarcinilor în interesul soldatului, navigarea în spațiu chiar și în absența GPS-ului, deplasarea pe teren dificil, care poate fi munți, parțial distruse sau pline de resturi și resturi ale drumului. De asemenea, este planificat să învățați robotul să se comporte într-un mediu în schimbare, îmbunătățindu-i viziunea și înțelegerea mediului; poate chiar prezice intențiile altor obiecte în mișcare. Dezordinea și zgomotul nu distrează robotul mobil de la mișcare, își păstrează întotdeauna calmul atunci când un alt robot îl întrerupe pe drum.
Testul robotului BigDog Mobile
Au fost deja creați roboți care pot rula cu viteza unei persoane, precum și roboți cu patru roți și două mâini (fiecare are cinci degete, ca oamenii). Următoarea generație de roboți va avea, de asemenea, simțul tactil.
Calculatoare bioimitative
(Calcul Biomimetic)
Procesele care apar în creierul unei creaturi vii sunt modelate și implementate într-un „artefact cognitiv”, artefactul este plasat într-un robot - un reprezentant al unei noi generații de mașini adaptive autonome. El va fi capabil să recunoască imagini, să-și regleze comportamentul în funcție de condițiile externe și să aibă capacitatea de a cunoaște și de a învăța.
Rețea neuronală modelată artificial
În 2009, un milion de neuroni au fost deja modelați, precum și procesul de formare spontană a grupurilor neuronale cu memorie pe termen scurt. A fost creat un robot similar cu o albină, capabil să citească informații din lumea exterioară și să acționeze în ea; robotul a fost conectat fără fir la un grup de computere care simulează sistemul nervos.
În 2010, DARPA a modelat deja 1 milion de neuroni talamocorticali; acest tip de neuron este situat între talamus și cortexul cerebral și este responsabil pentru transmiterea informațiilor din simțuri. Sarcina este de a îmbunătăți modelele rețelelor neuronale și de a le învăța să ia decizii pe baza informațiilor despre mediu, precum și a „valorilor interne”.
Sarcina pentru 2011 este crearea unui robot autonom cu o simulare a sistemului nervos, care va fi capabil să selecteze obiecte tridimensionale din schimbarea imaginilor.
Autorul acestui material cu o inimă care se scufundă urmărește evoluția roboților și progresul în domeniul modelării rețelelor neuronale, deoarece ziua nu este departe când combinația acestor tehnologii va permite conștiinței umane să fie transferată în corpul robotului (care, cu repararea la timp, poate exista la nesfârșit).
Terapie alternativă
(Terapie neconvențională)
Proiectul dezvoltă abordări unice, neconvenționale, pentru protejarea soldaților de o gamă largă de agenți patogeni naturali și proiectați. S-a dovedit că invenția de noi medicamente este mai puțin eficientă în această luptă decât mijloacele de consolidare a sistemului imunitar uman.
Celulele de imunitate din epiteliul intestinal uman
Folosind o abordare matematică și biochimică, cercetătorii s-au concentrat pe inventarea unor metode radical noi, rapide și ieftine pentru a produce proteine cu proprietățile dorite, inclusiv anticorpi monoclonali (un tip de celule din sistemul imunitar). Noile tehnologii vor reduce timpul de producție al vaccinurilor de la câțiva ani (și chiar, în unele cazuri, decenii) la săptămâni.
Deci, cu ajutorul aparatului sistemului imunitar uman artificial, s-a creat în scurt timp un vaccin împotriva gripei porcine (H1N1).
Pe ordinea de zi se află supraviețuirea în caz de boli fatale până la dezvoltarea imunității sau primirea tratamentului adecvat, precum și necesitatea dezvoltării unei protecții temporare împotriva bolilor de care o persoană nu are deloc imunitate.
Planurile pentru 2011 includ abordări inovatoare de combatere a oricăror agenți patogeni cunoscuți, necunoscuți, naturali sau artificiali, precum și demonstrarea faptului că utilizarea tehnologiilor dezvoltate mărește doza letală a unui agent patogen de 100 de ori.
Protecție externă
(Protecție externă)
Acest program dezvoltă diverse mijloace de protecție a soldaților împotriva atacurilor chimice, biologice și radiologice. Unul dintre materialele dovedite cu succes este un agent chimic auto-curățat pe bază de poliuretan. Sunt în curs de dezvoltare noi tipuri de țesături pentru costume de protecție chimică, în care corpul poate „respira” și efectua schimbul de căldură, aflându-se în spatele unei carcase exterioare impermeabile chimic.
Cine știe, poate, în costumele din astfel de țesături, o persoană va putea curând să existe confortabil sub apă sau pe alte planete?
Senzori chimici adaptabili la țintă
(Senzori chimici adaptabili misiunii)
Senzorii moderni încă nu pot combina sensibilitatea (unitatea de măsură este numărul de particule pe trilion) și selectivitatea (adică capacitatea de a distinge între molecule de diferite tipuri).
Acest program își propunea să creeze un senzor chimic care să ocolească această limitare, fiind în același timp portabil și ușor de utilizat. Rezultatele au depășit așteptările - a fost creat un senzor, a cărui sensibilitate maximă este combinată cu o selectivitate excepțională (practic nu există erori la testarea cu amestecuri de gaze diferite).
Un senzor chimic care diagnostichează cancerul pulmonar prin respirație
Dacă DARPA reduce, de asemenea, dimensiunea multisenzorului său revoluționar la un nivel atomic (nanotehnologia permite), acesta va putea monitoriza starea proprietarului său non-stop. Ar fi frumos dacă senzorul ar programa și întâlniri și ar comanda mâncare online (în acest din urmă caz, există pericolul să aleagă broccoli și suc de portocale în loc de bere și pizza).
Structuri reconfigurabile
(Structuri reconfigurabile)
Au fost dezvoltate materiale moi care se pot mișca, precum și schimba forma și dimensiunea, iar roboții cu proprietăți adecvate au fost create din ele. De asemenea, au fost folosite materiale noi pentru a realiza tampoane pentru picioare și brațe (magneți și spini) care să permită urcarea pe pereți de aproximativ 25 de picioare (aproximativ 9 metri). Nu este încă clar cum roboții moi și noile dispozitive de alpinism vor extinde viața umană, dar nu există nicio îndoială că o vor diversifica și, eventual, vor duce la apariția unor noi sporturi și a celor care doresc să economisească la bilete de tren și locuințe o poate face.atasat la tavan.
Materiale bioderivative
(Materiale bioderivate)
Aria de interes a acestui program se extinde la descoperirea materialelor biomoleculare cu proprietăți electrice și mecanice unice. Au fost cercetate noi metode de biocataliză și crearea de biosabloane pentru peptide, viruși, bacteriofagi filamentoși.
S-au investigat suprafețele originale care au proprietăți personalizabile: textura, higroscopicitatea, absorbția, reflexia / transmiterea luminii. Structurile hibrid organico-anorganice cu proprietăți programabile sunt în curs de dezvoltare, ceea ce va sta la baza creării senzorilor de înaltă performanță, precum și a altor dispozitive cu proprietăți unice.
Neovision-2
Viziunea oamenilor și a animalelor are capacități excepționale: recunoașterea, clasificarea și studiul obiectelor noi durează doar o fracțiune de secundă, în timp ce computerele și roboții încă au mari dificultăți. Programul Neovision-2 dezvoltă o abordare integrată pentru dezvoltarea capacității mașinilor de a recunoaște obiecte prin reproducerea structurii căilor vizuale din creierul mamiferelor.
Scopul lucrării este de a crea un senzor cognitiv capabil să colecteze, să proceseze, să clasifice și să transmită informații vizuale. Algoritmul pentru transmiterea semnalelor vizuale ale mamiferelor a fost deja clarificat și se dezvoltă un dispozitiv care poate recunoaște mai mult de 90% din obiecte în 10 categorii diferite în 5 secunde.
Lucrările ulterioare asupra senzorului vizează reducerea dimensiunii acestuia (ar trebui să devină comparabilă cu aparatul vizual uman), sporind rezistența și fiabilitatea acestuia. În cele din urmă, senzorul ar trebui să poată recunoaște obiecte de peste 20 de categorii diferite în mai puțin de 2 secunde, la o distanță de până la 4 km.
Evident, DARPA nu se va opri aici, iar următorul senzor va depăși deja capacitatea viziunii umane.
Neurotehnologie
(Tehnologii Neuroștiințe)
Neurointerfață neinvazivă
Programul folosește cele mai recente progrese în neuropsihologie, neuroimagistică, biologie moleculară și științe cognitive pentru a proteja funcțiile cognitive ale unui soldat expus stresului zilnic, atât fizic, cât și mental. Condițiile dure de pe câmpul de luptă degradează abilități importante precum memoria, învățarea, luarea deciziilor, multitasking. Astfel, capacitatea luptătorului de a reacționa rapid și adecvat scade brusc.
Efectele pe termen lung ale acestui tip de stres - atât molecular, cât și comportamental - sunt încă slab înțelese. Programul de neurotehnologie utilizează cele mai noi dezvoltări în științe conexe, precum și tehnologii de neurointerfață, dezvoltând modele moleculare ale efectelor stresului acut și cronic asupra oamenilor și găsind modalități de a proteja, menține și restabili funcțiile cognitive ale soldatului.
La nivel molecular și genetic, DARPA studiază patru tipuri principale de stres (mental, fizic, boală și lipsa de somn), modul în care poate fi măsurat cu precizie și mecanismele de adaptare și răspunsul inadecvat la stres.
În 2009, utilizarea progreselor în neuroștiințe a redus viteza de instruire a soldaților de 2 ori. Se dezvoltă metode pentru îmbunătățirea eficacității învățării, îmbunătățirea atenției și a memoriei de lucru; interfețele neuronale ar trebui să devină mai rapide și mai ușor de utilizat.
Biodesign
(BioDesign)
Biodesignul este utilizarea funcționalității sistemelor de viață. Biodesignul profită de cunoștințele puternice ale naturii, eliminând în același timp consecințele nedorite și accidentale ale dezvoltării evoluției prin biologia moleculară și ingineria genetică.
Programul sub un astfel de nume inofensiv studiază - nici mai mult, nici mai puțin - mecanismul de transmitere a semnalului de moarte celulară și modalitățile de reducere a tăcerii acestui semnal. În 2011, vor fi create colonii de celule regenerante care pot exista la nesfârșit, se arată în raport; ADN-ul lor va conține un cod special care protejează împotriva falsificării, precum și ceva de genul unui număr de serie, „ca un pistol”.
Aș vrea să cred că hackerii chinezi vor reuși în continuare să rupă codul de securitate al celulelor nemuritoare, să le elibereze pe piață în cantități mari și să le pună la dispoziția tuturor.
Interfață neuronală fiabilă
(Tehnologie de interfață neuronală fiabilă)
Nanocoating de implant cerebral
Programul este angajat în dezvoltarea și aprofundarea tehnologiei care extrage informații din sistemul nervos și le transferă către „dispozitive pentru creșterea gradului de libertate” (mașini cu grad de libertate), de exemplu, membre artificiale. Neurointerfața nu este o tehnologie nouă și a reușit să provoace dezamăgire pentru mulți că nu poate depăși încă mecanismele inventate de natură. Dar DARPA nu este descurajat, studiază sistemul nervos periferic, extinde numărul de canale pentru a crește cantitatea de informații transmise prin neurointerfață și dezvoltă fundamental noi tipuri de aceste dispozitive. În 2011, este planificată realizarea unei interfețe neuronale cu o sută de canale, în timp ce nu mai mult de unul ar trebui să eșueze într-un an.
Celule nemuritoare, editarea genomului, organe și țesuturi artificiale, imunitate care funcționează ireproșabil, materiale cu proprietăți fundamental noi, inteligență artificială, roboți și programe conștiente - se pare că fiecare proiect DARPA abordează în felul său o extensie radicală a vieții umane, în proteine fie într-un corp, fie într-unul artificial.
Rugos, umanoid, nemuritor - poate așa vor arăta cyborgii în 2045?
Modelarea în plină expansiune a rețelei neuronale stabilește scena pentru transferul conștiinței către un alt corp, iar robotica creează corpuri din ce în ce mai perfecte. Poate că biologii vor fi în fața matematicienilor și a fizicienilor, iar editarea genomului, eliminarea din ADN a secțiunilor aleatorii, inutile și periculoase care s-au acumulat în el în timpul evoluției, va deveni în cele din urmă la fel de obișnuită și accesibilă ca a merge la un coafor.
Combinarea tuturor acestor tehnologii va fi ca o reacție în lanț care generează toate noile descoperiri în știință. DARPA are suficiente cunoștințe, abilități și bani pentru a face acest lucru. Dar de ce are nevoie armata de un soldat nemuritor care să supraviețuiască atât comandanților, cât și creatorilor săi?
O persoană nemuritoare este un proiect egal în idealismul său cu explorarea spațiului, fatalitatea lui, probabil, nu are egal, iar resursele necesare pentru implementare sunt nesemnificative în comparație cu rezultatul.
Aristotel, Hegel și Darwin au sistematizat cunoștințele colectate de multe generații ale predecesorilor lor, de care puțini oameni își amintesc. Cunoștințele despre elementele chimice se acumulează de secole - Mendeleev le-a rezumat în faimosul său tabel și a trecut în istorie. „Dacă am văzut mai departe decât alții, a fost doar pentru că am stat pe umerii titanilor”, îi plăcea să repete Isaac Newton.
Tehnologiile împrăștiate care ne aduc mai aproape de nemurire așteaptă pe cineva care să le reunească și să le unească cu un scop comun. Aș vrea ca Rusia să facă acest lucru - o țară în căutarea identității sale, unde, în ciuda tuturor, școala științifică este încă puternică și idealiștii nu sunt dispăruți.
